1、第十七章色譜分析簡介色譜是最重要的分離技術(shù)，約占全書的三分之一。色譜概述了色譜過程和色譜術(shù)語的基本理論，色譜基本類型的分離機(jī)理，第一節(jié)是色譜概述。1.色譜的起源和發(fā)展。11906年，俄羅斯植物學(xué)家茨維特創(chuàng)立了植物色素分離法。2.1931年胡蘿卜素異構(gòu)體的分離。3.30世紀(jì)40年代出現(xiàn)的薄層色譜和平板色譜。4.40年代，瑞典科學(xué)家蒂塞利烏斯在分布式液相色譜、吸附色譜和電泳領(lǐng)域取得了成就。20世紀(jì)50年代，馬丁和辛格在英國建立了氣相色譜。20世紀(jì)60年代，氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在70年代興起。這里，固定相碳酸鈣顆粒，流動相石油醚色譜柱和玻璃柱，植物色素混合物，色度圖，2現(xiàn)在：一種重要的分離和分析技

2、術(shù)分離和分析混合物的成分。它也可以是液體流動相液體或氣體色譜柱。不同材料和尺寸的分離成分不再局限于有色物質(zhì)。色譜的重要作用，應(yīng)用科學(xué)領(lǐng)域：生命科學(xué)，材料科學(xué)，環(huán)境科學(xué)和其他藥學(xué)：1。教材很多，約占整本書的三分之一。2.色譜分析將用于制藥的每個(gè)專業(yè)。藥典2005年版，2000年版，1967種藥物，1699種高效液相色譜分析，848種567種藥物。3.考研綜合學(xué)習(xí)包括分析、有機(jī)、生理生化分析，其中75分約為色譜內(nèi)容的一半。2.色譜定義、分離依據(jù)和目的、定義：利用各組分物理化學(xué)性質(zhì)的差異，當(dāng)流動相流經(jīng)固定相時(shí)，由于兩相之間的吸附、分配或其他親和力的不同，各組分以不同的速度移動，最終達(dá)到分離的目的。圖

3、例分離依據(jù)：差異遷移(如：族)目的：多組分分離實(shí)現(xiàn)定性和定量分析，如圖所示，分離機(jī)理：各組分與流動相分子爭奪吸附劑的表面活性中心，利用吸附劑對不同組分吸附能力的差異實(shí)現(xiàn)分離，吸附、解吸、吸附、解吸被無數(shù)次洗脫分離，碳酸鈣吸附劑、石油醚流動相、色素、 色譜分類：1根據(jù)兩相的相態(tài)：流動相，固定相，液相，固相，液相，液相，氣相，固相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，

4、液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相，液相通過色譜法進(jìn)行簡單分類。色譜的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)：“三高”、“一快”、“一寬”，缺點(diǎn)：第二節(jié)色譜過程和術(shù)語，1。色譜過程2。基本術(shù)語，1。流出曲線和色譜峰2。基線、噪聲和漂移3。峰寬柱效率參數(shù)4。峰高和峰面積定量參數(shù)5。保留值定性參數(shù)6。分配系數(shù)和容量因子相平衡參數(shù)7。分離因子和分辨率分離參數(shù)8。等溫線。1.色譜過程。色譜過程：指物質(zhì)分子(分離的組分)在兩個(gè)相對運(yùn)動的相(流動相和固定相)中的“分布”平衡過程。以吸附色譜法為例。色譜過

5、程：吸附-解吸、吸附-解吸、重復(fù)洗脫、差異遷移和分離，被測組分分布系數(shù)不同。如圖所示，吸附能力弱的組分先流出吸附能力強(qiáng)的組分，然后流出。部件結(jié)構(gòu)和性能的微小差異以及固定相mig的作用差異基本術(shù)語，1流出曲線和色譜峰，流出曲線(色譜圖):電信號強(qiáng)度隨時(shí)間變化的曲線峰：流出曲線上的突出部分，包括定性參數(shù)、定量參數(shù)、柱效參數(shù)和分離參數(shù)，2基線、噪聲和漂移基線、噪聲和漂移基線：只有流動相通過反映檢測器噪聲隨時(shí)間變化的曲線(穩(wěn)定的直線)噪聲：儀器固有的，表示為噪聲帶(儀器越好，噪聲越小):基線在某個(gè)方向上穩(wěn)定移動(由儀器的不穩(wěn)定性引起)；3峰寬：色譜柱效率參數(shù)；峰寬：色譜峰和基線兩側(cè)拐點(diǎn)切線交點(diǎn)的截距；

6、標(biāo)準(zhǔn)差：正態(tài)分布曲線兩個(gè)拐點(diǎn)之間距離的一半。0.607小時(shí)峰寬的一半注：小、窄、柱效高；半峰寬W1/2:半峰高處的峰寬；注：除了測量色譜柱效率，還可以計(jì)算峰面積、峰高；h):當(dāng)組分的最大濃度出現(xiàn)在色譜柱后面時(shí)的檢測信號，即色譜峰到基線的距離。峰面積(峰面積；a):色譜曲線和基線之間的封閉區(qū)域。4峰高和峰面積：色譜定量參數(shù)，5保留值：色譜定性參數(shù)，保留時(shí)間，tR:從開始注射到組分最大濃度點(diǎn)所需的時(shí)間，即組分通過色譜柱所需的停滯時(shí)間，T0:未被固定相保留的組分的保留時(shí)間，相當(dāng)于流動相到達(dá)檢測器所需的時(shí)間。調(diào)整保留時(shí)間tR:由于與固定相的相互作用，成分在色譜柱中。等于組分的保留時(shí)間和死時(shí)間之差，一個(gè)

7、指示色譜固定相中組分保留狀態(tài)的參數(shù)，(1)保留值用時(shí)間表示，如圖所示，在繼續(xù)之前，保留體積VR:從開始注射到組分最大濃度點(diǎn)所需的流動相體積。VR和tR與Fc(流動相流速mL/min)、死體積V0之間的關(guān)系：從注射器到檢測器的流動路徑中未被固定相占據(jù)的空間體積。包括注射器至色譜柱的導(dǎo)管體積、固定相的孔隙和顆粒間隙、色譜柱出口導(dǎo)管體積和檢測器內(nèi)腔體積之和。(2)以體積表示的保留值。在繼續(xù)之前，調(diào)整保留體積VR:保留體積和死體積之間的差值，即當(dāng)組分停留在固定相時(shí)消耗的流動相體積，V0和Vm，t0和tm之間的差值，V0:從注射器到檢測器的流動路徑中未被固定相占據(jù)的空間體積；流動定相填充死體積所需的時(shí)間

8、是t0。Vm:平衡狀態(tài)下色譜柱中流動相所占的體積，流動相通過色譜柱所需的時(shí)間用tm表示。Vm V0和tm t0之間有不同的物理意義。在大多數(shù)情況下，導(dǎo)管和檢測器內(nèi)腔的體積可以忽略不計(jì)，Vm和V0被認(rèn)為大致相等。分配系數(shù)和容量因子：相平衡參數(shù)；1)分配系數(shù)k(平衡常數(shù))的定義：指在一定溫度和壓力下，色譜柱達(dá)到分配平衡后，固定相和流動相組分的濃度比。與組分性質(zhì)、固定相性質(zhì)、流動相性質(zhì)和溫度相關(guān)的實(shí)驗(yàn)條件是固定的，k僅與組分性質(zhì)相關(guān)。在不同分離機(jī)理的色譜圖中，雖然K的名稱不同，但它們的物理意義是相同的，這意味著平衡狀態(tài)下兩相濃度的比值分布系數(shù)K不容易得到，也不常用。k是熱力學(xué)常數(shù)。2)容量因子(容量

9、比，分配比)K:定義：在平衡狀態(tài)下，固定相和流動相中組分的質(zhì)量比相當(dāng)于固定相對組分的保留時(shí)間與流動相通過系統(tǒng)所需時(shí)間之比。分配系數(shù)和保留時(shí)間是本質(zhì)和現(xiàn)象之間的關(guān)系。組分的吸附力是強(qiáng)、大、大、長、大、弱、小、短、小。3)保留行為與分配系數(shù)(P442)的關(guān)系，色譜過程方程：應(yīng)選擇合適的分離條件，使難以分離的組分k不同；2)當(dāng)色譜條件(s，m，t)恒定時(shí)，k必須恒定，tR必須恒定；1)k或k的影響因素：固定相、流動相和柱溫；結(jié)論：k或k不等式是分離的前提，例如：分離a和b成分；7.分離因子和分離度：分離參數(shù)描述相鄰組分的分離狀態(tài)。(1)分離因子(分配系數(shù)比或選擇性系數(shù))的定義：調(diào)整兩種物質(zhì)保留值的比

10、值，分離因子1是色譜分離的必要條件；(2)分辨率(r):用于測量分離條件的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)的參數(shù)定義：兩個(gè)相鄰組分的峰之間的距離是峰的平均寬度的幾倍。討論了色譜峰假設(shè)為正常峰，W1W2=4，8，等溫線，當(dāng)兩相組分分布達(dá)到平衡時(shí)，兩相濃度曲線，即cs-cm曲線，(1)線性等溫線(理想)對稱峰，(2)非線性等溫線凸尾峰(共)凹鋒峰，固定相表面活性吸附中心不飽和，k是一定的，與溶質(zhì)濃度無關(guān)。固定相表面吸附中心的活性不均勻，溶質(zhì)分子先占據(jù)強(qiáng)吸附中心，后占據(jù)弱吸附中心。k隨溶質(zhì)濃度的增加而降低，溶質(zhì)與固定相相互作用改變其表面性質(zhì)。K隨溶質(zhì)濃度的增加而增加，斜率=K，線性：對稱峰，凹形：前峰，凸形：拖尾峰，低濃

11、度為正常峰，對稱因子：(拖尾因子)，fs在0.951.05之間，fs小于0.995。3)對稱因子測量色譜峰的對稱性、第2節(jié)色譜過程和術(shù)語、1。色譜過程2?；拘g(shù)語，1。流出曲線和色譜峰2?；€、噪聲和漂移3。峰寬4的柱效率參數(shù)。峰高和峰面積的定量參數(shù)。保留值的定性參數(shù)6。分配系數(shù)和容量因子7的相平衡參數(shù)。分離因子和分離度的分離參數(shù)為8。等溫線。在第3節(jié)，色譜的基本理論中，要使r變大，我們必須：1 .色譜理論包括兩個(gè)方面：熱力學(xué)理論：研究分布(分離)過程；平板理論；動力學(xué)理論：研究各種動力學(xué)因素對峰展寬的影響；速率理論。1.板塊理論板塊理論，它始于馬丁和辛格提出的板塊模型。分餾塔：多次在塔板上進(jìn)

12、行氣液平衡，根據(jù)不同沸點(diǎn)進(jìn)行分離。色譜柱在每個(gè)h高度有一個(gè)托盤，總共有幾個(gè)托盤。組分均勻分布在每個(gè)塔板的兩相之間，k小的組分先從塔中排出。在多次分布平衡后，k值略有差異的組分仍能很好地分離。假設(shè)：(1)塔盤理論的四個(gè)基本假設(shè)，一個(gè)塔盤由多個(gè)連續(xù)的等距塔盤組成，每個(gè)塔盤內(nèi)的組分分布立即達(dá)到平衡(理論塔盤高度h)；2流動相間歇進(jìn)入色譜柱，每次進(jìn)入一個(gè)塔板體積；3樣品和載氣都被添加到1號塔盤，沿柱方向的縱向擴(kuò)散忽略了4在每個(gè)塔盤上的分布系數(shù)是恒定的。結(jié)果：當(dāng)塔板數(shù)較大時(shí)，組分的色譜流出曲線趨于正態(tài)分布。(2)理論塔板數(shù)和理論塔板高度，L:柱長，柱效參數(shù)，有效理論塔板數(shù)和理論塔板高度，理論塔板數(shù)和理論

13、塔板高度，塔板理論的貢獻(xiàn)：從熱力學(xué)角度，解釋了色譜流出曲線的形狀和濃度最大點(diǎn)的位置，提出了評價(jià)柱效的氮和氫的計(jì)算公式，必須在給定的條件下。塔板理論不能解釋同一柱在不同流動相流速下不同柱效的結(jié)果，也不能指出影響柱效的因素和提高柱效的途徑。在柱長2m、固定相5% OV-17、柱溫125、記錄紙速度2.0厘米/分鐘、萘保留時(shí)間2.35分鐘、半峰寬0.20厘米的色譜條件下，計(jì)算理論塔板數(shù)和塔板高度。如果甲烷測量的死時(shí)間為0.20分鐘，計(jì)算有效的理論塔板數(shù)和塔板高度。(見書中P444案例)，解決方案：2。速率理論速率理論，塔板理論的成功：解釋色譜流出曲線的形狀和tR評價(jià)柱效率(n)，對應(yīng)最大濃度，塔板理

14、論存在問題： 1)，作出四個(gè)與實(shí)際不符的假設(shè)，忽略了兩相組分傳質(zhì)和擴(kuò)散的動態(tài)過程，2)僅定性給出塔板高度的概念，不能解釋塔板高度的影響因素。3)流動相的線速度U是一個(gè)重要的參數(shù)，被排除在外，不能解釋柱效與流速的關(guān)系，速率理論影響柱效。1956年，荷蘭學(xué)者范迪特提出了色譜過程動力學(xué)理論。吸收了塔板理論的有效成果，從動力學(xué)角度解釋了影響塔效率的因素，如載氣的線速度，cm/s，流速與塔效率的關(guān)系，H=A B/u Cu，1。渦流擴(kuò)散項(xiàng)(多路徑擴(kuò)散項(xiàng)):答：遇到來自固定相粒子的不同阻力路徑的渦流擴(kuò)散。注：顆粒過小，柱壓過高，難以填充均勻的中空毛細(xì)管柱(0.10.5毫米)，A=0，N高：填充不規(guī)則系數(shù)、填

15、充工藝和填料顆粒形狀決定。填料(固定相)顆粒的平均直徑較小；但差壓太小，柱阻力大。2.縱向擴(kuò)散項(xiàng)(分子擴(kuò)散項(xiàng)):B/u，原因是在固定相中，峰被流動相向前推，兩側(cè)濃度差不同。注：為了減少縱向擴(kuò)散，建議控制較高的線速度，選擇分子量較大、柱溫較低的載氣，選擇載氣原則：兼顧分析時(shí)間，減少縱向擴(kuò)散。當(dāng)U較小時(shí)，選擇M較大(粘度較高)的氣優(yōu)于He氣(粘度較低)，B的影響因素：B/u的影響因素：3。傳質(zhì)阻抗項(xiàng)：銅，原因：樣品呈氣液兩相分布，樣品在溶解前被帶走，導(dǎo)致峰膨脹，影響因素：傳質(zhì)：溶解、擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移過程中的傳質(zhì)阻抗：影響傳質(zhì)過程的阻力，討論：注：固定溫度不能超過固定液體的最佳使用溫度。摘要：范德瓦爾斯方程說明了填料均勻性、填料粒度、流動相類型和流速、固定相液膜厚度等因素的影響。色譜分離條件選擇中的柱效和峰展寬。碳的影響因素有：2 .分離度計(jì)算公式，在前提定義公式的基礎(chǔ)上，相鄰兩個(gè)組分的N是一致的(假設(shè))，柱效項(xiàng)、柱選擇。影響分辨率的三個(gè)因素：1分辨率的定義公式，3分辨率的補(bǔ)充公式，(